1月20日-21日,由
電池聯(lián)盟、中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)
電池專委會(huì)、中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會(huì)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)聯(lián)合舉辦的“2019氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)峰會(huì)”在北京成功召開。
中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院十五所研究員靳殷實(shí)在發(fā)言時(shí)表示,對(duì)新能源汽車的企業(yè)進(jìn)行規(guī)范管理,其中一項(xiàng)就是安全保證,它要通過“標(biāo)準(zhǔn)”中的一部分,要通過“標(biāo)準(zhǔn)”來進(jìn)行規(guī)范。燃料電池汽車如果從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營、管理等等各個(gè)方面按照要求和法規(guī)去做,那么燃料電池汽車是很安全的。
中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院十五所研究員靳殷實(shí)演講實(shí)錄如下:
新能源的朋友們?cè)缟虾,我是來自航天科技公司第十五所,這里我和大家分享一下關(guān)于燃料電池汽車的安全方面的問題。
目前公眾對(duì)燃料電池的安全性還是很關(guān)注的,純電動(dòng)汽車最近隨著數(shù)量的增加,發(fā)生了很多事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)去年純電動(dòng)在國外發(fā)生了七次自燃的事故,這個(gè)事故不是使用不當(dāng),是他的正常使用的他自燃的情況,其中有五起是特斯拉的,據(jù)統(tǒng)計(jì)特斯拉是一個(gè)月燒一輛車這個(gè)數(shù)量還是比較大的,在國內(nèi)這個(gè)數(shù)量也很大有四十多起事故,所以公眾還有政府對(duì)新能源汽車的安全是越來越擔(dān)憂,越來越重視。燃料電池使用的是氫氣,所以大家自然而然會(huì)想到這個(gè)燃料電池用氫氣的話他會(huì)不會(huì)也會(huì)帶來很大的安全事故?造成財(cái)產(chǎn)和人員的傷亡?這個(gè)報(bào)告就想在燃料電池汽車安全方面跟大家探討。
分四個(gè)部分,首先講一下氫氣關(guān)于安全普遍的情況,氫氣他是排在元素周期表的第一位,因?yàn)闅錃獾姆肿邮亲钚〉模驗(yàn)樽钚】梢韵胂袼芊馄饋砗茈y把它密封住,所以很容易泄露。
有幾張照片,一是2013年在蘇州失去的個(gè)體戶他搞氫氣球,他裝在小車上,用高壓氣瓶來充氫氣結(jié)果發(fā)生了爆炸事故,爆炸事故以后把這個(gè)車彈的情況這個(gè)情況是很嚴(yán)重的,氫氣瓶完好無損的沒有問題,這個(gè)車已經(jīng)被炸毀成這樣了,如果一顆手榴彈爆炸也不至于這樣的情況。
這是廣東惠安的氫氣泄露造成的爆炸。這個(gè)是在清潔能源2015年的時(shí)間北京大學(xué)化學(xué)系博士做實(shí)驗(yàn),氫氣泄露出來以后沒有發(fā)現(xiàn)發(fā)生了爆炸,不幸的是博士身亡了,當(dāng)時(shí)引起很大的震動(dòng)。
這是美國的電廠他在卸氫氣的時(shí)候減壓裝置泄露,這是廠區(qū)的爆炸,范圍還是比較大的。
我們普通的公眾說這個(gè)氫氣發(fā)生爆炸,實(shí)際上是籠統(tǒng)的說法,氫氣的風(fēng)險(xiǎn)分兩個(gè)方面,第一個(gè)方面是氫氣的容器發(fā)生了爆炸,就是我們所說的氫氣罐。
這個(gè)也分兩種情況,一種是氫氣罐是完好無損的,由于外界的溫度升高等原因使氫氣的壓力升高,升高到氣瓶不能承受壓力的情況下發(fā)生了爆炸。
還有一種情況是壓力還屬于正常,但是氫氣罐他的結(jié)構(gòu)遭到了破壞,比如說使用的時(shí)間過長他的強(qiáng)度降低,或者是他的氫氣罐的受到了撞擊造成了爆炸,這個(gè)意思就是說他的氫氣瓶一定要處于安全的狀態(tài),免得發(fā)生事故。一般這種情況比較少,我們大家所說的氫氣的爆炸,實(shí)際上大家很籠統(tǒng)的指就是氫氣泄露以后彌散在空間里面,和空氣混合起來,發(fā)生的爆炸實(shí)際上在學(xué)術(shù)上應(yīng)該叫“爆燃”但這個(gè)爆燃的威力也是很大的,蘇州的這次事故也是爆燃的。爆炸和爆燃是兩回事兒,爆炸是氫氣在空氣中彌散以后,他達(dá)到了可以氧化反應(yīng)的條件,然后反應(yīng)以后他基本上是同時(shí)在個(gè)空間里進(jìn)行反應(yīng)這是爆燃。在結(jié)果上有一些區(qū)別,比如說是反應(yīng)時(shí)間,爆炸的反應(yīng)時(shí)間是相當(dāng)短了,在10-5秒,爆燃是在幾百毫秒到幾十毫秒。他的壓力很大,爆燃的藥理是兩個(gè)兆帕爆燃是每秒鐘能到幾十米到數(shù)百米的速度,兩個(gè)是完全不一樣的。
大家會(huì)說氫氣爆燃以后他產(chǎn)生的威力具體有多大,一個(gè)是氫氣如果在空氣中的量,他的濃度越大他的量也越來越大,這個(gè)濃度最大的時(shí)候是27%-28%大概是這個(gè)數(shù)值,因?yàn)槟憧諝庠俣,他的氧沒那么多,最大的情況下是爆燃以后是空氣還有剩下的氧氣等等這些氣體他可以上升兩千多度,壓力增大七到八倍。
如果氫氣泄露最小是4%,在這個(gè)濃度下,他的燃爆大概是兩三個(gè)大氣壓,數(shù)值看樣子還不大,如果一個(gè)平方米的話就是二三十噸,這個(gè)力就很大了,一般車輛的車箱根本就承受不了這個(gè)力,所以這個(gè)力持要求是釋放起來,破壞力持也是很大的。
所以為了發(fā)生爆燃防止他氫氣在空氣的濃度比較在4%-75%,不能在這個(gè)范圍里面,一般低于4%了,我們檢測有一個(gè)要求。因?yàn)闅錃恻c(diǎn)燃的能量很小,很小的能量就能點(diǎn)燃,溫度不能高與五百度,在這個(gè)范圍里面就能保證安全。
燃料電池汽車的安全方面,大概分三個(gè)方面:機(jī)械安全、電安全、氫安全。
機(jī)械安全是我們傳統(tǒng)的燃油車發(fā)展幾十年了,已經(jīng)做的很不錯(cuò)了,電安全主要是電動(dòng)汽車上來研究的事情。我這個(gè)報(bào)告主要涉及的是氫安全,這里有一個(gè)總體的安全措施,我們考慮這個(gè)氫氣的安全可以和我們制水的安全類似,堵不住的時(shí)候,就會(huì)想到疏的辦法。氫氣也是這樣,因?yàn)闅錃鈱?shí)際上要百分之百的把它堵死,是很難辦到的,他總會(huì)泄露一點(diǎn),這樣給他一個(gè)泄露的區(qū)間,讓他泄露到某個(gè)地方,泄露的量也要進(jìn)行控制。表格里面的內(nèi)容就是具體的一些措施了。
我就具體的安全性講一下,燃料電池汽車的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),對(duì)于大巴車來說氣瓶都放在車頂,對(duì)絞車來說是放在底板或者后排的作為下,發(fā)動(dòng)機(jī)放在底板,大巴車有時(shí)候放在車頂有時(shí)候在車的尾部。
燃料汽車安全分幾個(gè)方面,第一個(gè)是加氫,第二個(gè)是供氫的,第三個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)。
在加氫站因?yàn)槠嚨膬?chǔ)氫罐用完了之后壓力比較,由于壓差的原因氫氣充裝到氣瓶里是這么個(gè)原理,在加氫的過程有這么幾種危險(xiǎn),一個(gè)是氫氣泄露,第二個(gè)是氫氣過壓,檢測失效或者控制失效,第三個(gè)是升溫過高。
首先說一下溫升的問題,溫度過高的話對(duì)氣瓶的強(qiáng)度和壽命是有影響的,咱們大家經(jīng)常會(huì)聽到介紹燃料汽車,幾分鐘就完了,它是加氫過程是氣體壓縮過程,這個(gè)過程必然要有個(gè)溫升,解決的措施有兩條,第一個(gè)是預(yù)冷,加之前我預(yù)冷到五六十度,這樣的話溫升以后他會(huì)到合適的問題。第二個(gè)是控制加氫的速度,不能太快,太快的話溫升就過快了,通過這兩個(gè)措施來進(jìn)行,所以大家知道這個(gè)不是說我汽車的問題,不是說我燃料電池的問題,是加氫過程的問題。對(duì)加氫系統(tǒng)還要采取的措施是超壓保護(hù),放空保護(hù)。因?yàn)槲覀儌鹘y(tǒng)加油過程如果大家會(huì)發(fā)現(xiàn)出了故障,或者有什么異常情況你沒有什么情況就不用動(dòng)他,這個(gè)速度非常快,所以這個(gè)整個(gè)加氫的控制要自動(dòng)進(jìn)行,所以加氫槍是可以檢測的,比如對(duì)這個(gè)溫度,壓力,還有加氫的啟動(dòng)信號(hào)還有立刻停止等等,如果出現(xiàn)異常的話會(huì)立刻的切斷保證安全。加氫口在標(biāo)準(zhǔn)上有這么個(gè)標(biāo)準(zhǔn),他的加氫口也具體進(jìn)行了要求,比如說要有防靜電措施,還有防止超壓的措施,還有防止材料,防止他長期使用清脆的這些。在燃料電池電動(dòng)汽車安全要求這個(gè)里面對(duì)供氫裝置的氣密性,耐溫性,相容性,耐氧老化性,液靜壓強(qiáng)度,耐異常壓力等等。
第二供氫系統(tǒng)。主要的是高壓氣瓶,他有一些不變的是風(fēng)險(xiǎn)大,壓力大,所以業(yè)內(nèi)很多人士開發(fā)了新的路線,主流的還是高壓氣瓶,供氫系統(tǒng)整個(gè)的系統(tǒng)的組成,他的位置剛才也說過了,供氫性他的種類分這么幾種,最重要的是氣瓶,氣瓶過壓就是溫升過高,氣瓶損壞,這個(gè)氣瓶損壞他的原因沖撞,擠壓,還有劃傷,外界的腐蝕,失火,極端溫度變化等等這些原因,密封失效造成氫氣泄露,檢測失效造成氫氣管泄露,F(xiàn)在氣瓶主流的是三型瓶是鋁膽,碳纖維繞氣瓶。他降低成本會(huì)更明顯一些。
70兆帕和35兆帕大家去想象不是一倍的關(guān)系,70兆帕的儲(chǔ)氫率是壓力越大,越不容易壓縮,這不是線性關(guān)系。
為什么技術(shù)路線走到了三型瓶,主要的原因是用在車上,因?yàn)橛迷谲嚿蟽?chǔ)氫率要高,儲(chǔ)氫的密度要大,最重要的是安全,從這個(gè)角度考慮儲(chǔ)氫罐的發(fā)展,這個(gè)三型瓶國內(nèi)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟的,我這個(gè)表格很老,也有五六年了。三型瓶他要做35兆帕他要做水壓試驗(yàn)。他的壓力要做到三十多個(gè)兆帕。壽命是15年,壽命是很長的,咱們?cè)缧┠甑纳虾J啦⿻?huì)還有北京的奧運(yùn)會(huì)進(jìn)行的示范運(yùn)行的這些燃料電池的這些車輛當(dāng)時(shí)運(yùn)行的時(shí)間都不長,有的燃料電池有問題,但是氣瓶都是好的,現(xiàn)在還經(jīng)常能夠接觸到這樣的情況,那個(gè)氣瓶用的次數(shù)不多,還可以接著使用。
在這個(gè)氣瓶設(shè)計(jì)上面有一個(gè)重要的設(shè)計(jì)原則就是未爆先漏的原則,這個(gè)氣瓶在異常情況下安全措施全部失效,這個(gè)時(shí)候可以讓他漏,就是讓他的內(nèi)膽先露,從碳纖維里面先漏,但是不允許爆炸,另外左邊這個(gè)圖是我在日本看的展覽會(huì)照片的,這個(gè)是專門把它進(jìn)行壓力,讓他升壓,最后的結(jié)果撐開這么個(gè)圖,實(shí)際上碳纖維像螞蟻一樣纏繞在氣瓶上面,它不會(huì)產(chǎn)生彈片,它如果裂開的話只會(huì)氣體釋放出來,所以還是比較安全。
另外供氫裝置他對(duì)氣瓶進(jìn)行保護(hù),對(duì)氣瓶的材料,對(duì)管路在設(shè)計(jì)上和材料的選擇采取這些措施。
總體來講供氫系統(tǒng)采取的過壓保護(hù),過流保護(hù),過溫保護(hù),泄露保護(hù)、應(yīng)急保護(hù)、燃料檢測,壓力檢測,放空管路等等,這些設(shè)計(jì)超過了對(duì)他的功能方面的設(shè)計(jì)。在標(biāo)準(zhǔn)方面怎么檢測,對(duì)燃料電池電動(dòng)汽車車載氫系統(tǒng)技術(shù)條件,在這個(gè)常溫壓力循環(huán)試驗(yàn),未爆先漏試驗(yàn),槍擊試驗(yàn),極端溫度壓力循環(huán)試驗(yàn),環(huán)境試驗(yàn),加速應(yīng)力爆破試驗(yàn),跌落試驗(yàn)這些。比如說槍擊實(shí)驗(yàn),因?yàn)檫@個(gè)氣瓶他是碳纖維纏繞,它就怕外泄的銳器劃傷了碳纖維來考核這點(diǎn)的。還有跌落試驗(yàn)也是考量車輛在發(fā)生事故的情況下,比如說翻車沖撞等等。
第三個(gè)方面說一下燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī),它有四個(gè)組成部分跟安全相關(guān)的是兩部分。在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)里面,第一個(gè)就是電堆起火,電堆起火的原因是膜電極損壞,另外一個(gè)就是電堆造成機(jī)械損壞或者腐蝕,高溫的情況下。然后氫氣泄露是密封失效等等這些情況。
燃料電池堆里面主要是雙極板了。他在這個(gè)狹小的空間里面,一個(gè)三十千瓦的燃料電極堆是有四升到八升的氫氣在燃料電池堆里面。它被雙極板分割開,在流道里面,這個(gè)比較小。如果出現(xiàn)了事故的話燃料電池外泄會(huì)有檢測的,就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些物理量會(huì)有異常情況,如果發(fā)現(xiàn)肯定要斷開,斷開以后這個(gè)情況就在里邊燃燒的情況不會(huì)繼續(xù)發(fā)生下去,我們已經(jīng)從事了十多年的燃料電池研發(fā)工作,我們還沒有發(fā)現(xiàn)這個(gè)情況,我們也沒聽說過另外,我們也經(jīng)常和衣寶廉院士在一塊交流,他也搞了一輩子的燃料電池了,他也從來沒聽說過燃料電池堆發(fā)生爆炸的情況,有著火的情況也不是我們說的這個(gè),是氫氧燃料電池堆,因?yàn)橛玫氖羌冄,所以出現(xiàn)的情況會(huì)更大一些,這種情況也有燃燒的,但不是整堆燃燒,是有幾片。當(dāng)然外界很快把氧氣氫氣斷掉這個(gè)事故就不會(huì)蔓延了,燃料電池堆里面,如果六升的氫氣產(chǎn)生多大的能量,實(shí)際上就是1.8克的汽油,能量也不是很大。
燃料電池電堆安全要求對(duì)安全性做了具體要求:材料必須要能夠承受振動(dòng),沖擊,多變的溫度等等耐腐蝕,還專門要求了對(duì)燃料電池堆的參數(shù),包括空氣,還有電流電壓密切要檢測他,如果發(fā)現(xiàn)異常要關(guān)機(jī)的。
在結(jié)構(gòu)上面也有要求,這個(gè)燃料電池堆在三個(gè)方面承受五個(gè)氣的加速度,對(duì)氣密性,也具體的進(jìn)行了要求。
在整車方面,主要是泄露,整車主要是考核的泄露。從正車的采取的措施,他也包括了加氫口對(duì)于氫氣的排放,因?yàn)槿剂想姵囟褳榱苏5姆从乘切枰欧艢錃獾,國家?biāo)準(zhǔn)也是允許的,但是這個(gè)排放氫氣是對(duì)他有要求,就是排放的位置有要求,再一個(gè)排放的量有要求,要監(jiān)測它,還有一種氫氣在異常情況下為了安全要卸壓,這個(gè)情況對(duì)他的排放的量和位置也有要求,不能排放到乘客的艙里邊,不能排放到行李艙,也不能排放到有電器的地方,有具體要求。
這個(gè)是在發(fā)生火災(zāi)下對(duì)氫氣濃度的要求,這個(gè)對(duì)報(bào)警裝置也進(jìn)行了具體的要求。還有如果燃料電池汽車發(fā)生了事故,發(fā)生了碰撞,這個(gè)泄露量在六十分鐘以內(nèi)不能超過每分鐘118升,你可以泄露,但是量要慢一點(diǎn),這樣的救援都有一個(gè)機(jī)會(huì),這樣小的量,不至于產(chǎn)生大的風(fēng)險(xiǎn)。我主要是講燃料電池汽車,另外還有氫氣的制氫和加氫站我就不細(xì)說了。
第三個(gè)部分我們說一下從管理上講我們來如何保證燃料電池汽車的安全,首先要完善法規(guī)和標(biāo)文,要依法設(shè)計(jì),依法制造,依法運(yùn)營,這個(gè)很重要,F(xiàn)在整車的和燃料電池汽車相關(guān)的整車的標(biāo)準(zhǔn)有八個(gè),因?yàn)槲疫@個(gè)表相對(duì)早一點(diǎn),這其中有幾個(gè)是燃料電池汽車進(jìn)行搶險(xiǎn)的時(shí)候,車用燃料電池系統(tǒng)現(xiàn)行的是五個(gè)標(biāo)準(zhǔn),車載氫氣系統(tǒng)也是五個(gè)標(biāo)準(zhǔn),燃料電池自身的標(biāo)準(zhǔn)很多,有幾十個(gè)。我們比較關(guān)注的就是安全方面,這個(gè)安全方面有這些標(biāo)準(zhǔn),一個(gè)是氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),咱們只要是,我建議大家是搞燃料電池多學(xué)習(xí)一下,這是一個(gè)很基本的要求,它對(duì)這個(gè)氫氣,包括我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室怎么用的他都比較具體。用處也很大。第二個(gè)是氫氣安全的基本要求,氫氣發(fā)生器安全技術(shù)要求,加氫站安全技術(shù)規(guī)范,加氫站用儲(chǔ)氫裝置安全技術(shù)要求。氫能車輛加氫設(shè)施安全運(yùn)行管理規(guī)程。小心燃料電池車用低壓儲(chǔ)氫裝置的安全試驗(yàn)方法。燃料電池電動(dòng)汽車,燃料電池堆安全要求。燃料電池電動(dòng)汽車安全要求。工業(yè)起升車輛用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)第一部分安全。
氫能車輛加氫設(shè)施安全運(yùn)行管理規(guī)范。最后一個(gè)是建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范,最后一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)早十幾年就有這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),大家要去搞燃料電池,比如說廠房建設(shè)啊選址啊等等,就要看這個(gè)了,這個(gè)對(duì)你的建筑,對(duì)你的裝修這些有具體的要求。
工信部2017年發(fā)布了39號(hào)文件,對(duì)新能源汽車的管理,更嚴(yán)格起來,其中對(duì)新能源汽車的企業(yè)要進(jìn)行規(guī)范管理,一個(gè)就是安全保證,它要通過剛才說的那些標(biāo)準(zhǔn)的其中的一部分,要通過標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行規(guī)范。
另外就是要提高民眾的安全意識(shí),普及一下氫能源的知識(shí),他的爆炸范圍要縮小一些,氫氣的點(diǎn)火能量很小。在所有氣體里邊等于氫氣的點(diǎn)火能量則小有一點(diǎn)點(diǎn)靜電都可以把它點(diǎn)燃,氫氣最危險(xiǎn)的地方不是這些,他泄露出來之后沒有味道,也沒有顏色,對(duì)保健有很大的作用。還有很大的產(chǎn)業(yè)在做這個(gè)方面,這個(gè)氫氣他的危險(xiǎn)性在于他泄露以后我們感知不到,氫氣的特性很清了,一個(gè)是往上跑,再一個(gè)他會(huì)向四周進(jìn)行擴(kuò)散。所以他如果有泄露他是一邊往上跑,一邊往四周擴(kuò)散。他是這么個(gè)特性,我們要建一個(gè)實(shí)驗(yàn)室,我們要建一個(gè)車間的話,我們肯定要有幾點(diǎn)要求,一個(gè)是通風(fēng)要有強(qiáng)迫通風(fēng),要有檢測氫氣的報(bào)警器,要有這幾個(gè)方面來監(jiān)測他保證安全。這個(gè)實(shí)驗(yàn)很,廣泛流傳就是兩輛車一輛是普通的燃油車,槍擊。槍擊了以后燃油車的油箱打破,著火,油就泄露出來,他在地面越擴(kuò)越大。然后對(duì)燃料電池車槍擊以后火苗是像上跑的,氣放完了,車還好著,這個(gè)是極限狀態(tài),它可以說明燃料電池汽車是比較安全的,但不會(huì)像這么安全,氫氣著完了車還是好的,大家要高度重視這個(gè),這個(gè)很多安全機(jī)構(gòu)做了大量的實(shí)驗(yàn),這個(gè)也不細(xì)說了。
氫氣爆炸和燃燒他的具體的這么個(gè)條件,如果先漏出來以后他的濃度越來越高,這時(shí)候有火的話就是爆燃了,但是如果先有火,然后氫氣再泄露,這個(gè)時(shí)候是燃燒,所以是這么兩種情況的。一般在工程上,在標(biāo)準(zhǔn)上面設(shè)置氫氣安全的話,他的監(jiān)測都在4%里邊的50%和25%,線路是這樣設(shè)的,不能到4%,到了就很危險(xiǎn)了,實(shí)際上我們做了多少年的情況了,發(fā)生氫氣著火沒有碰上過,這個(gè)還是比較少。
氫氣如果泄露要避免,一個(gè)是防止靜電不能有火花,一個(gè)是要疏散人員和報(bào)警。具體采取措施就是哪個(gè)快就采取哪個(gè)。
總而言之燃料電池汽車如果我們從設(shè)計(jì)制造運(yùn)營管理等等各個(gè)方面按照要求和法規(guī)去做燃料電池汽車是很安全的,為什么我做這個(gè)報(bào)告,因?yàn)楣娡岢,一說燃料電池汽車首先說安全不安全,地方的官員對(duì)這個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,他在審批的時(shí)候最會(huì)想到不安全,不安全出的事故他擔(dān)責(zé)任,所以對(duì)這個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都是不太利的,所以我做這個(gè)報(bào)告也是在這方面說明它還是很安全的。
第四個(gè)簡單說一下我們單位,我們單位是航天科技集團(tuán)下屬第一研究院,第十五研究所,我們下屬有四個(gè)公司,其中一個(gè)公司就是做燃料電池的,我們給軍方做的都通過了評(píng)審和鑒定,也試用過。我們出口量很大,曾向日本出口五百臺(tái),我們自己也有整車廠。謝謝!
(根據(jù)嘉賓現(xiàn)場演講整理,未經(jīng)本人審閱。)
(責(zé)任編輯:子蕊)